Sistemi Mobili di Telecomunicazione

(Applicazioni e Standard)

(Versione provvisoria e ridotta)

Applicazioni e Standard

• Telefonia cellulare

• W-LAN (Bluetooth, IEE802.11 ecc.)

• RF ID (Radiofrequency Identification)

Classificazione• Paging

• Cordless– Ia generazione: accesso vincolato

– IIa generazione: accesso distribuito (limitato)

• Cellulare– Cella

– Base Station (BS)

– Mobile Switching Center (MSC)– Public Switching Telehone Network

Sistemi Cellulari

• Divisione in celle– CLUSTER

• Problemi tipici– Handoff

– Interferenze co-canale

• Tecniche per aumentare la capacità– cell splitting

– cell sectoring

– zone microcell

Metodi per aumentare la capacità

• S dipende dalla gamma di frequenza assegnata a un dato servizio

• Bisogna massimizzare Movvero

diminuire N

(aumentano le interferenze)

diminuire l’area della cella

(aumentano gli Handoff)

……aumentare C

• Cell Splitting– C = K/R2

• Sectoring– riduce il numero di celle prime vicine

interferenti

• Zone microcell– idealmente riduce N a 1

• Splitting • Sectoring • Zone microcell

Figura 1.3: Cell splitting

Figura 1.4: Cell sectoring

Figura 1.5: Zone microcell

STANDARD Analogici

• Advanced Mobile Phone System (AMPS)• Ext.Tot. Acc. Comm. System (ETACS)

– FM analogica, fD = 10 KHz, B=25 KHz, Bm=5 KHz– Forward link (down link) 935-960 MHz– Reverse link (up link) 890-915 MHz– #1 FCC e #1 RCC per ogni BS (BFSK - 8Kbps)– Supervisory Audio Tone (SAT) 5970/6000/6030 Hz, viene ricevuto e ritrasmesso e contraddistingue tre

celle prime vicine. Continuamente monitorato da BS– Signaling tone (ST)

ETACS• Signal to Interference Ratio (SIR) = 18 dB

• Cluster di 7 celle con 1200 sectoring

• Pout BS circa 100 W, supporta 1 FCC, 1 RCC, circa 50 Voice Channel

• Informazioni di controllo su FCC in FSK 8kbps

• 42 FCC per ciascun provider (USA)

• Voice Mobile attenuation Code (VMAC)

• Mobile Identification Number (MIN)

• Electronic Serial Number (ESN)

Standard digitali

• Global System for Mobile – (GSM, EGSM)– DCS1800 (Digital cellular System)– PCS1900 (Personal Communication System)

• DCS1800• Interim Standard 95 (IS95)• Dig. Europ. Cordless Telephone (DECT)• Bluetooth

Global System for MobileGSM

• Sistema di 2a Generazione (2G) che segue la filosofia ISDN (Integrated Service Digital Network

• Servizi forniti– Telefonia– Emergenze– Trasmissione dati (con bit rate da 300 a 9600 bps)– Servizi ISDN: SMS (160 / 7 bit ASCII); Cell Broadcast (avvisi

traffico, previsioni del tempo ecc.)

• Peculiarità:– Subscriber Identify Number (SIM), SIM+ID=attivazione– Crittografia

Architettura di rete

BTS = Base Transceiver Station

BSC = Base Station Controller

gestione parziale handover

MSC = Mobile Switching Center

VLR = Visitor Location Register

uno per ogni MSC

HLR = Home Location Register

uno per tutta la rete

AuC = Authentication CenterFigura 3.1: Architettura del sistema GSM

Interfaccia radio

• GSM– uplink 890-915 / down link 935-960 MHz

• DCS1800– uplink 1710-1785 / down link 1805-1880 MHz

• PCS– uplink 1850-1910 / down link 1930-1990 MHz

GSM/DCS1800/PCS

• Frequency Division Duplex• FDMA/TDMA• Banda 200 kHz suddivisa tra 8 utenti TDMA• Absolute Radio Frequency Channel Number (ARFCN)• Canale fisico = ARFCN + numero di time slot• Frame= 8 TS + preambolo ecc. durata 4.6 ms• 51 frame formano una multiframe• 51 multiframe formano una superframe• 2048 superframe formano una hyperframe che è costituita

da 2715647 frame identificate da un Frame Number: serve a individuare il tipo di informazioni trasmesso nella frame

GSM:Banda base

• Bit rate totale = 270.833 Kbps (Tb=3.692 s)• Bit rate per utente = 270.833/8=33,854 Kbps• Bit rate dati = 24,7 Kbps• Bit rate vocoder = 13.4 Kbps• Ogni TS contiene 156.25 Tb e dura 576.9 s • Ogni frame contiene 8 TS e dura 4.615 ms• Interleaving: 456 bit suddivisi in blocchi da 57 bit

trasmessi su 8 frame diversi• Crittografia: chiave cambiata ad ogni chiamata

Elaborazione: dal parlato in TX a quello in

RX

IS-95 (Interim Standard 95)

• Caratteristiche – area geografica USA

– convive con AMPS (transceiver duali)

– bit rate variabile (min 1200 / max 9600 bps)

– chip rate fisso (1.228 MHz)

– Processing gain 128

– Sincronismo BS tramite GPS

– Controllo continuo della potenza (effetto cattura)

Spreading process

• 1 PN per ogni BS (215-1chip) : elimina interferenza tra celle adiacenti)

• 64 canali per ciascuna BS (Walsh code) : elimina interferenza tra utenti della stessa cella

• 1 canale = 1 walsh code per utente • Pilot channel: PN non modulato da dati, a potenza

maggiore, su canale 0

……..Spreading Process

• Forward link (869/894 MHz)– pilot channel (canale 0)

– syncronization channel

– max 7 paging channel

– traffic channel (54)

– Walsh code (uno per utente) + long sequence (242-1 bit - una per utente) + PN(uguale per tutti)

– QPSK

• Reverse link (824/849 MHz)– Acces channel

– Traffic channel

– Walsh code + PN

– OQPSK (delay = 406.9 ns =Tb/2)

DECT (Digital European Cordless Telephone)

• Physical layer: FHMA/TDMA/TDD– 1880-1900 MHz (10 canali)– Bit rate = 1152 Kbps– Banda = 1.728 MHz (1.5*bit rate)– TS = 480 bit– 24 TS per frame (12 canali TX / RX)– 120 canali in totale– Frequency Hopping ad ogni TS– Modulazione GMSK– Pout = 10 mW

DECT Network

• Portable Handset (PH)

• Radio Fixed part (RFP)

• Cordless Controller (CC)

Telefonia Cellulare Analogica (1G)

– Tabella 10.10, pag 548

Telefonia Cellulare Digitale (2G)

– tab 10.12 Rappapaort

Cordless

– Tab. 10.11 Rappaport

Verso i sistemi di terza generazione (3G)

• 1G Analogico (solo audio) • 2G Digitale (Audio + dati)• 3G Multimediale

– Audio– Dati – Immagini– alta velocità di trasmissione– Link asimmetrici + commutazione di pacchetto

General Packet Radio Service (GPRS)

• Basata su standard GSM

• Commutazione di pacchetto

• Utilizzo di piu’ slot per frame su richiesta

• Bit rate variabile nel tempo e asimmetrico

• Bit rate max = 8 * 14.4 = 115.2 Kbps

• Si paga “a pacchetto”, invece che “a tempo”

Universal Mobile Telecommunication SystemUMTS

• Fino a 2 Mbps

• Accesso – canali asimmetrici: CDMA(1.228 Mcps)

• down stream (forward link) 1900-1920MHz

• up stream (reverse link) 2010-2025 ss

– canali simmetrici W-CDMA (3.84 Mcps)• down link 2110-2170 MHz

• up link 1920-1980 MHz

• UMTS Subscriber Identity Module (USIM)– Dati personali, firma elettronica, imponte digitali, dati biometrici

– Funzioni analoghe a carta di credito

W-LAN

Bluetooth• Connessione di periferiche senza cavo

– in modo affidabile– sicuro– a basso costo– ad alta compatibilità

• Applicazioni– telefonia cellulare– video e foto-camere– PC e periferiche– palmari – riproduttori audio (es. lettori MP3)

Generalità

• Nasce alla Ericsson nel 1994 come– accessorio per cellulare di tipo

• low cost/low power/ short range

• Special Interest Group

• Specifiche pubblicate nel 1998

• Realizza le Personal Area Network (PAN)

» Piconet pag 64 seminario Agilent

– SCATTERNET pag 65 seminar

Physical layer• Banda ISM (2.402-2.480 GHz)• Larghezza di canale = 1 MHz (79 canali)• Modulazione GFSK

– BT= 0.5= 500 KHz x 1 s– indice di modulazione (2 f Tb= 0.28-0.35)f = 140/175 KHz

• Pout 3 classi– Classe 1 (100 mW); Classe 2 (2.5 mW); Classe 3 (1 mW),

controllo continuo della potenza• Accesso al canale = FH slow (1 salto ogni 1/3/5 Time Slot)• TS = 625 s

….. Physical layer

• Clock fissato dal Master

• Clock data Recovery con errore massimo 20ppm, sfrutta 5 bit di preambolo del TS

• Sincronizzazion continua dopo ciascun pacchetto

• BER max 0.1% : richiede una sensitività di almeno -70 dBm

Architettura Transceiver Bluetooth

– Fig. 3.2 Bluetooth

Bluetooth network• Un indirizzo per ciascun dispositivo, di una piconet,

assegnato dal Master, usato per generare il FH• Assegnazione degli slot temporali per evitare collisioni

all’interno della piconet (Time Division Multiplexing)• In caso di collisione con burst di altre piconet:

– ripetizione messaggio (dati)– messaggio perduto (voce)

• Service discovery protocol (SDP)– ricerca di servizio (Inquiry)– collezione delle risposte– scelta del dispositivo cui appoggiarsi

WIFI